法拉第對電磁學的貢獻不僅是發現了電磁感應,他還發現了光磁效應(也叫法拉第效應)、電解定律和物質的抗磁性,等等。他在大量實驗的基礎上創建了力線思想和場的概念,為麥克斯韋電磁場理論奠定了基礎。
法拉第是實驗物理學家,在他大量的探索活動中顯示了深邃的洞察力。有一件事很能說明他的理論預見性。1832年3月12日,就在他發現電磁感應之後不久,他從場的觀念出發,把電和聲加以對比,預見到靜電感應和電磁感應需要有一個傳播過程。由於條件所限。當時他沒有可能用實驗加以證明,於是他寫了一篇備忘錄,密封好後交給當時的皇家學會秘書契爾德侖,鎖在皇家學會的保險箱裏,供日後查證。備忘錄中寫道:
“前不久在皇家學會宣讀的題名‘電學實驗研究’的兩篇論文,文中所提到的一些研究成果以及由其他觀點和實驗所引起的一些問題使我相信:磁作用是逐漸傳播的,需要時間,也就是說,當磁體作用於遠處的磁體或鐵塊時,產生作用的原因是從磁體逐漸傳出,這種傳播需要一定時間,這個時間看來也許是非常短促的。
“我還認為,有理由假定電感應(按:即靜電感應)也是要經曆類似的時間過程。
“我傾向於把磁力從磁極的擴散,類比於起波紋的水之表麵的振動,或空氣中的聲振動;也就是說,我傾向於認為振動理論也可運用於上述現象,就像運用於聲以至於光那樣。
“對比之下,我認為也可以把振動理論運用於張力電的感應現象(按:即電磁感應現象)。
“我想用實驗來證實這些觀點,但是由於我要用很多時間從事公務,實驗隻好拖延,可能在別人的觀察中得到。我希望,這篇備忘錄交給皇家學會保存,將來上述觀點被實驗證實,我就有權宣布在這個日期我已提出上述觀點。就我所知,此時除我以外,尚未有人知道或能夠宣布這些觀點。
M.法拉第(簽字)1832年3月12日於皇家研究所”
法拉第在這份備忘錄中預言了電磁波的可能性,當然他還無法從理論上證明光就是電磁波,也無法判定電磁波的速度就是光速。
到了19世紀60年代,麥克斯韋發展了法拉第的思想,總結了電磁全部成果,運用嚴格的數學工具,列出20個方程,建立了全麵的電磁場理論。這個理論的重要結果之一是預言了電磁波,並證明電磁波的傳播速度就是光速,從而斷定光也是一種電磁波。但是,這些理論還有待於實驗驗證,當時大多數科學家對麥克斯韋的理論感到難以置信。
1857年法拉第曾試圖測出電磁感應作用的傳播速度。
他在一間大屋子裏平行地放置三個線圈,中間的是施感線圈,兩側的是受感線圈,經電流計連在一起,讓兩個線圈的感應電流沿相反方向通過電流計。法拉第希望,由於距離的不同,感應電流可能一先一後,從而顯示它與位置的關係。
但是,不管線圈如何移動,實際測量總是零。顯然,100英尺的距離太短了,無法直接察覺電磁波的速度。
1871年,德國物理學家亥姆霍茲也測過電磁感應的傳播速度,但是,測量很不精確,所得的結果遠比光速小。他是柏林大學物理教授。1879年為此向學生提出一個競賽題目,要學生們用實驗驗證麥克斯韋的電磁理論。他的學生H.赫茲(1857—1894)在這一試題的激勵下,一直很關心電磁波的實驗方案,經過多次努力,在1886年—1888年間終於證實了電磁波的存在並測出了電磁波的速度。
赫茲的實驗裝置,AA′是兩塊40厘米見方的銅板,焊上直徑1/2厘米、長70厘米的銅棒,頭上各接一個小銅球,相對放置,一球中間留有空隙約1/4厘米,銅球表麵仔細磨光。兩棒分別接到感應圈的兩端,當通電時,兩棒之間產生放電,形成振蕩。
再取2毫米粗的銅棒做成圓環,半徑為35厘米,圓環在廠處有間隙,間隙寬度可用精密螺旋調節,寬度可從零點幾毫米調到幾毫米。當圓環放在適當位置時,f間隙會跟隨AA,產生火花放電,火花可長達6—7毫米。B環可圍繞平行於AA′麵的法線,mn旋轉,旋轉到不同位置,f放電的火花長度不一樣:當f處於a或a′時,完全沒有火花;轉動一些角度,開始產生火花;轉至b或b′時,火花最大。赫茲把完全不產生火花的位置稱為“中性點”,用“中性點”的位置來鑒別各種物質的影響。